中微子之后：科学家如何揭开β衰变的秘密？

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我们探索科学奥秘的旅程始于一个神秘的过程，这个过程曾经让科学家感到困惑，迫使他们重新考虑对自然基本元素的看法。在那个遥远的时代，科学家们已经确定所有物质都由原子组成，原子中心有一个带正电的原子核，周围环绕着带负电的电子。但原子的本质中隐藏着一个谜团。

科学家们发现了一个令人惊讶的过程，其中一个原子转变为另一个原子，这种现象称为β衰变。这种过程的一个例子是将元素铋转化为钋。如今，我们越来越多地遇到碳 向氮的转化，这已成为放射性碳测年的基础，考古学家用它来确定古代文物和遗迹的年龄。

当我们谈论β衰变时，我们指的是一个不稳定的原子核转变为另一个具有相同质量的稳定原子核，但增加了一个正电荷，导致电子从原子核中喷射出来。这个过程是非常合乎逻辑的，因为在物理学中能量守恒定律起着关键作用。通过β衰变，我们看到衰变前后电荷都保持不变：原子核中出现额外的正电荷，并通过负电子的出现进行补偿。

所以，一切都会好起来的，但另一个谜团出现了——在衰变过程中能量必须守恒。研究β衰变的科学家将其视为两个粒子的相互作用，因为它产生了两种新元素：一个新的原子核和一个电子。如果新的原子核处于静止状态，那么来自放射性衰变的所有能量都必须转移到电子。

这与科学家遇到的情况类似。他们预计β衰变发射的电子具有与从同一把“枪”发射的相同的能量。但相反，电子具有不同的能量，就像有人将玉米扔进老式爆米花机中，然后看着玉米粒爆炸成爆米花，并以不同的方向和不同的距离漂浮。15 年多以来，这一困境一直是物理学界的一个棘手问题。

1930 年，沃尔夫冈·泡利对这个问题提出了一个意想不到的答案。他认为β衰变产生了一种未知的第三粒子，可以解决能量守恒问题。三粒子相互作用的出现将使部分能量有可能传递到第三个看不见的粒子中，从而使电子有机会获得科学家记录的任何能级。这种新粒子必须是电中性的，非常轻，甚至可能没有质量，并且极难检测到，这可以解释为什么科学家以前无法找到它。

当这种新粒子的存在被假设时，它被命名为“中微子”，在意大利语中是“小中性物体”的意思。然而，泡利本人对一种情况不满意：中微子极难探测。在第一次提到中微子时，他甚至说道：“我提出了一种无法被发现的粒子的存在，这是一件可怕的事情。” 幸运的是，时间证明泡利的一个假设是正确的：中微子确实存在，而且它们是解决所提出问题的关键。